年产600吨豆奶粉胶体磨设计.docx

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年产600吨豆奶粉胶体磨设计

淮海工学院

食品机械与设备课程设计

题目：

年产600吨豆奶粉胶体磨设计

系（院）：

海洋学院

专业：

食品科学与工程

班级：

食品132

姓名：

赵婉茹

2015年10月9日

目录

1.前言································································1

2.豆奶粉工艺流程图····················································3

3.豆奶粉工艺操作要点··················································3

4.物料衡算····························································5

5.设备选型····························································7

参考文献

小结

1.前言

1.1豆奶粉的概述

豆奶粉是一种新型固体饮料，它综合了大豆和牛奶的营养成份，具有口感细腻，香味浓郁，营养丰富，携带方便等特点。

在诸多豆制品中，豆奶粉以其众多优点受到人们青睐。

豆奶粉主要有以下营养价值。

一、从营养价值上看，大豆蛋白质含量高，含有人体所必需的八种氨基酸，比较接近世界卫生组织新拟定的营养模式，其中赖氨酸含量高于谷物，是植物性食物中最合理、最接近人体所需比例的。

另外，牛奶蛋氨酸含量较高，可以补充大豆蛋白质中蛋氨酸的含量，动、植物蛋白的互补，使氨基酸的配比更合理，更利于人体消化吸收。

二、豆奶粉中的脂肪主要是植物脂肪，不饱和脂肪酸含量较高，并含有人体所必需脂肪酸亚油酸，胆固醇含量低，可以预防动脉硬化。

三、豆奶粉是经过超微粉碎工艺加工而成的，不除豆渣，大豆子叶全部被利用，膳食纤维的含量比同类产品高，有润肠通便的作用，可以预防直肠癌。

四、豆奶粉中含有多种矿物质和维生素。

五、豆奶粉中含有大豆低聚糖。

大豆低聚糖对肠道内的双歧杆菌等益生菌有增殖作用，可以提高人体免疫力，延缓衰老。

六、豆奶粉中含有大豆异黄酮。

大豆异黄酮是植物雌激素，长期食用可以预防乳腺癌、前列腺癌和骨质疏松，减轻或避免更年期综合症。

七、豆奶粉中含有大豆卵磷脂，可以抗衰老，健脑。

1.2胶体磨

胶体磨是一种磨制胶体或近似胶体物料的超微粉碎设备。

胶体磨已经使人们逐步认识并被确定为食品工业中最优的加工机械设备。

它具有各种搅拌机、粉碎机、磨浆机的机械性能，效率是上述设备的2-5倍，节约能耗，可实现密闭式连续生产，因此在食品加工行业，推广应用胶体磨有着深远的经济意义。

作为生产中重要的超微粉碎设备，胶体磨具有应用范围广、功能多等众多优点。

同时，也存在着一些缺点：

对应于不同粘性的物料其流量变化很大；转定子与物料间容易产生较大的热量，使物料变性；表面较易磨损，使细化效果显著下降。

所以，对胶体磨的研究和改进是非常重要且必要的。

1.3我国豆奶粉加工工业生产现状

目前，豆奶行业尚处于导入期向成长期过渡的阶段，植物蛋白饮品市场即将被撬动。

“目前中国牛奶加工能力超过奶源供给能力的30％～40％，”中国奶牛协会的一位负责任人透露，牛奶奶源缺乏几十年来就一直是我国难以摆脱的老问题，也恰恰因此，豆奶生产所需的大豆原料充足、成本低廉，动、植物蛋白互补作用营养全面，使豆奶业出现了出乎意料的发展契机。

早在1983年，豆奶发展就被列入国家饮料行业工作计划，然而真正将豆奶产业做大的却是以前名不见经传的维维集团，维维的一句“维维豆奶，欢乐开怀”，培养了一代中国豆奶消费者，维维豆奶占有豆奶市场80％的份额，成为中国“豆奶大王”的同时，“孤独的领先者”的称号也扣在了维维的头上，一花独大的产业结构其实对行业的健康发展并非是好事。

上述两道政令对豆奶企业影响不大，相反倒是带来了机会。

近两年中国乳业将面临一系列的整合洗牌，受清洗影响最大的将是乳业的中坚力量——各地方的中型乳品企业。

这将是上天赐给豆奶行业大发展的一次良机，豆奶业的春天就要到了，豆奶企业能否抓住这次机会，许多行业拭目以待。

健力宝、娃哈哈、乐百氏等企业的加入给豆奶业的扩张带来生机与活力：

国内豆奶企业近来都在调整产品和市场策略，突破豆奶粉等固态奶阵营，冲击广阔的液态奶市场已成为豆奶业的共识。

健力宝、娃哈哈、乐百氏等都在筹谋豆奶项目，有的已通过小试、中试，他们都是中国饮料工业十强企业，他们的介入，将有助提高我国豆奶生产的产销量，扩大影响。

这些企业的参加，将使豆奶在市场上的身影越发瞩目。

“人种学”的研究为豆奶抗击牛奶提供了重要的理论依据：

“人种学”竟在中国豆奶业发展史上出现意想不到的效果。

《中国经营报》在一篇有关豆奶业的文章中指出：

我国汉族居民中97％~100％的成年人一次口服50克乳糖后就会出现腹泻症状，而中国预防医学院营养与食品卫生研究所的调查发现，东方人中有乳糖不耐症的成年人饮用牛乳后乳糖吸收不良发病率高达86.7％，不耐受指数为0.9，而且南方地区比北方地区的人不适宜症更多些。

“人种学”的研究为豆奶抗击牛奶、新品上市和招商拓展都提供了重要的线索。

用“更适合国人肠胃”的豆奶营销概念作为对抗“一杯牛奶强壮一个民族”乳业营销口号，将成为整个豆奶业对乳业宣战的理念根基之一。

1.4我国豆奶粉生产面临的问题

1.4.1豆奶的消费者的观念培育是头号问题

豆奶的消费者的观念培育是头号问题：

豆奶行业作为植物蛋白的分支，仍然处于一个教化消费者的初级阶段，市场的培育仍然是整个行业需要面临的一个核心问题。

人们对牛奶的重要性认识已经成为了一个先入为主的诱导。

1.4.2行业的集中程度低

行业的集中程度低：

大多处于以区域为半径的辐射型消费原生形态，市场还处于散点市场阶段，如何向块状同质化市场进行过渡，是行业急待解决的问题。

行业内缺乏强有力的领导品牌，行业更加缺乏资源的优化整合者，无人牵头将引导这个行业逐步引向集中阶段发展。

1.4.3行业缺乏高附加值的中高档产品支撑

行业缺乏高附加值的中高档产品支撑：

产品主要以原始的植物蛋白原浆为主，缺乏高附加价值的中高端产品。

市场也缺乏细分。

1.4.4缺失优秀的商业运作模式

缺失优秀的商业运作模式：

豆奶的渠道运作主要以产地作为基地进行原始的自然分销方式，传统流通渠道仍是众多厂家的主要依靠对象，缺乏有效的成熟的商业模式可供借鉴与模仿。

豆奶从品类上是继续依附牛奶？

作为牛奶的一个分支，一个品类？

还是大胆的跳出牛奶阴影的笼罩，自立门户，作为一个与牛奶平行的类别呢？

这不但是需要勇气，还需要整个行业团结一致的力量。

在商业模式上是沿用牛奶等快速消费品的商业模式？

还另辟蹊径，重新构建一套适合豆奶业的商业模式？

这一些都是值得探讨与研究的问题与命题。

1.4.5豆奶的行业引导与推广声音比较稀薄

豆奶的行业引导与推广还声音比较稀薄：

豆奶业的观念培育、品牌建设、营销推广、营销体系建设等等，还缺乏足够的支撑点，对于消费群体的培育和其他品类的争夺仍处于比较薄弱的状态。

缺乏像“一杯牛奶强壮一个民族”这样的行业响亮口号。

1.5设计依据

本设计参考了《食品工厂设计与环境保护》、《大豆制品加工技术》、《食品工厂机械与设备》、《化工原理》上下册、《食品工厂设计综合实训》等。

根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与物料衡算和包装材料计算。

1.5设计目的和意义

本设计是将我们学到的知识应用到实践中来。

在完成这个设计的过程中，一方面巩固学到的知识，另一方面通过查阅，整理资料增加我们的认识和科研技能，同时，进一步熟悉工厂的生产实际，培养我们理论联系实际的能力，锻炼了我们解决问题的能力。

豆奶是以豆类为主要原料制成的。

目前，市场上出售的豆奶，品种多，价格适宜，食用方便，因而很受消费者欢迎。

据分析，豆奶含有丰富的营养成分，特别是含有丰富的蛋白质以及较多的微量元素镁，此外，还含有维生素Bl、B2等，确是一种较好的营养食品。

豆奶还被西方营养学家称作“健脑”食品，因为豆奶中所含的大豆磷脂可以激活脑细胞，提高老年人的记忆力与注意力。

大豆食品是深受消费者欢迎的保健食品，随着经济的增长，人们对豆奶粉的消费会越来越大。

所以也看到了豆奶粉的发展前景。

这时候建立一豆奶粉工厂的话，产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。

2.豆奶粉工艺流程图

近年来我国非常重视大豆蛋白饮料的研究，对于大豆食品中不良风味已了解到其产生的原因，并进一步找出了防止的方法，取得了进步。

想要改善豆奶的风味，关键要做到两个方面：

其一是钝化或抑制脂肪氧化酶活性，防止产生豆腥味；二是采用脱臭的方法除去豆奶中固有的不良气味，两者相辅相成，才能生产处优质的产品。

综合考虑以上因素，确定以下工艺流程：

原料大豆→精选除杂→脱皮分离→浸泡→失活软化→循环磨浆→离心分离→调配→杀菌脱腥→均质→喷雾干燥→流化床处理→包装成品

3.豆奶粉工艺操作要点

3.1原料精选除杂

大豆表面上有很多的尘土和微生物附着，浸泡前应充分地进行清洗，至少清洗三遍。

3.2脱皮

在脱皮工序进行的同时还除去皮和胚芽等，以保证产品质量，避免浸泡过程中污水处理问题。

为了保证脱皮效果，要严格控制大豆水分含量，资料表明，水分达10%时，可保证脱皮率在90%以上。

因本设计是拟不出渣的工艺，所以要严格控制水分。

当水分超标时，大豆应在干燥机中通入105～110℃的热空气干燥。

脱皮直接用脱皮机，重量损耗8%左右

3.3浸泡

为了软化大豆组织细胞，降低磨浆时的能耗与磨损，提高胶体分散程度与悬浮性，增加吸收率，以增强均质效果。

采用2.2倍于大豆重量的水，在50℃下浸泡4小时，大豆吸水量约为1：

1～1：

2。

浸泡时要加入0.5%碳酸氢钠溶液，可以加速胰蛋白酶抑制物的钝化。

3.4失活软化

将大豆放在失活器内，在85℃的失活水中（3%的碳酸氢钠溶液）持续10min。

该步骤的目的是使脂肪氧化酶失活，控制大豆青臭口味的产生，并使大豆得到软化，以利于破碎。

3.5循环磨浆

循环磨浆可省去分离豆渣和浓缩工序，节省投资。

本工艺采用90℃左右的热磨，可钝化产生豆腥味的脂肪氧化酶，另外，本工序可以节省用水，磨浆后浓度可达18%左右。

为保证最终产品的质量，经三道循环磨浆后采用胶体磨，使细度达2微米左右，利于均质和喷雾干燥。

其中，循环磨浆前的预热，用自制的夹层锅，温度为90℃。

3.6渣浆分离浆体经分离将浆液和豆渣分开。

这步操作对蛋白质和固形物回收影响很大。

豆渣中含水分应在60%左右，含水过多则蛋白质回收率降低。

以热浆进行分离，可降低浆体粘度，有助于分离。

离心分离操作，可用篮式离心机分批进行，大量生产用连续式离心机完成，可使浆液和豆渣分别连续排出。

3.7配料调配

溶糖温度过高或时间过长，将导致焦糖化反应。

本工艺采用在溶糖锅中加入一定量的水，加热至60-70℃后加糖搅拌，继续加热至约95℃，保持5-10分钟，然后降温至70℃左右，使溶化的糖浓度为65%。

融化后的糖采用双联过滤机进行过滤，以保证糖的纯度和质量。

本设计采用热溶法，其相对于冷溶法的优点有：

能杀死糖内的细菌，分离掉糖内凝固的杂质，溶解速度快，短期内能产生大量溶糖。

缺点:

容易发生焦糖化反应。

糖浆浓度的测定：

比重计，糖度表。

3.8杀菌脱腥

本设计采用微波技术对大豆干燥和脱腥，将传统的湿法生产工艺改为干法生产工艺，该工艺将大豆经分拣机分选后，置入微波场中，使大豆自身温度上升，达到脱净豆腥和杀菌的效果。

该工艺流程有以下特点：

生产周期短、设备投资少、大豆利用率高、脱腥、能源消耗低、自动化程度高、生产成本低。

3.9均质

均值可改善豆奶口感和稳定性，是生产优质豆奶不可缺少的设备。

均质机的原理是在高压下将豆奶经均质阀的狭缝压出，而将脂肪球等粒子打碎，是豆奶乳浊液稳定，具有奶状的粘度，易于消化。

豆奶均质的效果有下列三个因素决定：

均质压力，压力越高效果越好，但受设备性能限制。

均质温度，温度高均质效果好。

均质次数：

增加均质次数也可提高均质效果。

豆奶生产中通常用130-230公斤/厘米2在90摄氏度下均质一次，可获良好效果。

从豆奶生产工艺流程的安排上，均质机可放在杀菌脱腥之前，也可放在杀菌脱腥之后，各有利弊。

放在杀菌脱腥之前，效果较差，但设备费用低，若放在杀菌脱腥之后则情况相反。

3.10喷雾干燥

喷雾干燥是乳粉制造过程中的重要环节，直接影响产品质量，原理是利用机械力量，通过雾化系统将乳液在干燥室内喷成极细小的雾状乳滴，以增大表面积，加速水分蒸发。

雾状乳滴与瞬时鼓入的热空气接触，水分在瞬间挥发除去，细小乳滴干燥成粉。

喷雾干燥雾化方法有压力喷雾和离心喷雾，通过比较，本工艺采用离心喷雾干燥系统。

工艺参数：

进料浓度21%，热风温度160℃，出粉含水量7%左右，水分蒸发量500Kg水蒸气/hr。

3.11流化床干燥

流化床处理可以使细粉颗粒增大、均匀，利于产品的溶解性，同时起冷却作用，有利于连续化自动生产。

3.12包装

豆奶很易变质，除了以散装供应外，均需以一定包装形式供应消费者。

豆奶的包装可分装于玻璃瓶、塑料瓶或复合蒸煮袋中，采用哪一种包装是生产厂一个重大的问题，决定成品保藏期，也影响质量增加成本，在建厂时应进行考虑，做出决策。

纸盒无菌包装近年来发展很快，目前日本有70%以上的豆奶是用纸盒包装，可显著提高产品质量，在常温下货架期可达半年以上。

包装材料轻巧，一次性消费无需回收，这对运输、销售和消费均带来方便。

无菌包装是瑞典利乐公司的专利，该公司规定必须使用它的包装材料，因此材料要长期进口，包装费高，在我国目前条件下，要普遍应用还不具备条件。

4.物料衡算

4.1产品方案和班产量的确定

本设计为年产600吨豆奶粉车间设计，每年工作日按280天计，采用每天两班制，每班8小时。

1、根据年产量，生产能力为600×1000/（280×16）=122.77kg/h

2、成品含水分2%，故豆奶粉中干物质重量为122.77×（1-2%）=120.31kg/h调制后均质前的豆浆中干物质重（含豆，糖，全脂奶粉）120.31/[（1－0.4%）×（1－0.1%）×（1－0.2%）×（1－0.3%）]=121.52kg/h其中，包装损失0.4%，流化床处理损失0.1%，喷雾干燥损失0.2%，杀菌、均质损失0.3%。

3、配方

配料用量kg备注

原浆49.24浓度为15.8%

蔗糖11.25以60%糖液加入

全脂奶粉2.01直接加入浆中

豆浆中固形物含量为49.24×15.8%×121.52/（49.24×15.8%+11.25+2.01）=44.93kg/h

一般大豆的豆奶粉的得率为0.65～0.70，按得率0.67设计，则大豆的处理量

44.93/0.67=67.06kg/h

4.2物料衡算和包装材料计算

每小时处理67.06kg大豆：

1、大豆清杂去重2%，再经脱皮去重8%后重量为

67.06×（1－2%）×（1－8%）=60.46kg/h

选用原料大豆的含水率为12%，则大豆中固形物含量为

60.46×（1－12%）=53.20kg/h

2、浸泡后大豆的重量为原来的1.8～2.4倍，以2.18倍计算

60.46×2.18=131.80kg/h

3、总豆水比为1：

4，即循环磨浆时加入的水量为实际处理大豆的2.9倍

磨浆时需加入的水量为60.46×2.9=175.33kg/h

循环磨浆损耗以0.4%计，故磨浆后总浆重量为

（131.80＋175.33）×（1－0.4%）=305.90kg/h

4、离心分离去渣：

豆渣中含水率要求在85%以下，控制豆渣的含水率为60%，分离后豆浆中固形物含量按15.8%计。

设豆浆中固形物为xkg/h，则豆渣中固形物为（53.20－x）kg/h

（53.20－x）/（1－60%）＋x/15.8%=305.90kg/h

解得x=45.15，即分离后豆浆中固形物为45.15kg/h

豆渣中固形物含量为53.20-45.15=8.05kg/h

豆渣中含水60%,故水的量为：

8.05×60%/40%=12.08kg/h

分离出的豆浆量305.90－8.05－12.08=285.77kg/h

5、调制前，添加蔗糖45.15×11.25/（49.24×15.8%）=65.29kg/h

全脂奶粉量45.15×2.01/（49.24×15.8%）=11.66kg/h

则豆浆中干物质含量45.15＋65.29＋11.66=122.10kg/h

蔗糖溶液（60%）带入的水量65.29×（40/60）=43.53kg/h

调制好的豆浆量（含豆固形物，糖，全脂奶粉285.77＋65.29＋11.66＋43.53=406.25kg/h

浓度为（45.15＋65.29+11.66）/402.02×100%=30.07%

6、喷雾干燥前，豆浆经杀菌，均质损耗0.3%

故豆浆量为406.25×（1－0.3%）=405.03kg/h

豆固形物含量45.15×（1－0.3%）=45.01kg/h

蔗糖65.29×（1－0.3%）=65.09kg/h

全脂奶粉11.66×（1－0.3%）=11.63kg/h

7、喷雾干燥后，豆浆损失0.2%，成为含水8%的豆奶粉

豆固形物45.01×（1－0.2%）=44.92kg/h

蔗糖65.09×（1－0.2%）=64.96kg/h

全脂奶粉11.63×（1－0.2%）=11.61kg/h

固形物总计44.92＋64.96＋11.61=121.49kg/h

喷雾干燥后豆奶粉重量121.49/（1－7%）=130.63kg/h

蒸发水量405.03×（1－0.2%）－130.63=273.60kg/h

8、流化床处理后豆奶粉含水2%，损失以0.1%计

豆固形物44.92×（1－0.1%）=44.88kg/h

蔗糖64.96×（1－0.1%）=64.90kg/h

全脂奶粉11.61×（1－0.1%）=11.60kg/h

固形物总计44.88＋64.90＋11.60=121.38kg/h

豆奶粉成品重量121.38/（1－2%）=123.86kg/h

蒸发水量130.63×（1－0.1%）－123.86=6.64kg/h

9、包装损失0.4%，则包装后成品的重量为123.86×（1－0.4%）=123.36kg/h

10、全年实际生产豆奶粉123.36×16×280/1000=602.65t

物料衡算表

名称数量kg/h备注

原料量67.06大豆含水10%

精选脱皮后重量60.46精选脱皮去重2%，8%

浸泡后豆重131.80浸泡增重2.18倍

磨浆后豆浆量305.90总豆水比1：

4

离心分离出豆浆量285.77豆渣中含水60%

调制加糖量65.29以60%糖液加入

加全脂奶粉量11.66直接加入浆中

喷雾干燥前豆浆量405.03蒸发水量273.60Kg/h

喷雾干燥出粉量130.63喷雾干燥损失0.2%

流化床出粉量123.86流化损失0.2%

包装后质量123.36包装损失0.4%

年产量602.65误差2.65t

包装材料的清算：

用半透明小塑料袋包装豆奶粉，每小袋45g，每20袋包装成一大袋，每25大袋装入一纸箱。

需小塑料袋：

123.36/0.045=2742个/h

需大塑料袋：

123.36/（0.045×20）=137个/h

需纸箱：

137/25=6个/h

5.设备选型

一、斗式提升机斗式提升机的主要优点是占地面积小，可把物料提升到较高的位置（30～50米），生产范围较大（3～160米3/小时），其缺点是过载较敏感，必须均匀地供料。

本设计采用垂直式斗式提升机。

张家港市力源输送机械有限公司

型号TH315

生产能力35m3/h

最大提升高度40m

二、电磁振动筛

江阴市胜灵机械制造有限公司

ZS-515型电磁振动筛

过筛数目3000次/分

生产能力12-200kg/h

功率消耗0.75kw

净重180kg

外形尺寸710×710×1290mm

三、脱皮机

烟台茂源食品机械制造有限公司大豆干法脱皮机

型号GTJ-D300大豆干法脱皮机

功率1.5kw

产量250-300kg/h

外形尺寸1300×400×1400mm

四、浸泡缸

北京洛克有限公司西南分公司

型号PDC-200-4

产能800kg/h

外形尺寸1800*600*1700mm

五、砂轮磨

大豆浸泡后物料量136.71kg/h，磨时加水183.28kg/h，根据此处理能力，选用3台M-400型砂轮磨组成三道循环磨浆机（与胶体磨）。

砂轮磨生产能力大，耗电少，操作调节方便，对提高产品质量有明显效果。

处理能力400kg/h

动力消耗7.5KW

外形尺寸1000×800×600mm

六、胶体磨

型号JMS-1303台

物料加工细度2-50μm

生产能力0.5-3吨/小时

电机功率11kw

电机转速2930r/min

转子直径130mm

设备重400kg

外形尺寸990×440×1100mm

七、离心分离机

合肥天工科技开发有限公司

型号SS1200

生产能力320kg/h

直径1200mm

高度500mm

转速900r/min

工作容积250L

分离因数500

电机功率12kw

整机重量1800kg

外形尺寸3700×1600×1000mm

八、电加热调配罐

杭州科豪机械有限公司

容量500L

物料加热温度：

≤350℃；物料加热时间：

20min～90min

搅拌转速：

15～120r/min

尺寸1800×1450×2000mm

九、双联过滤器

型号ZRP-4

尺寸972×320×880mm

净重128kg

过滤面积0.3m2

十、闪蒸脱腥设备

靖江艾莉特食品机械厂真空瞬时杀菌及脱腥装置（成套）

型号RJCG01A超高温杀菌脱腥

生产能力2T/h

尺寸3000×2300×3200mm

十一、均质机

型号HOMG-Q500-P60

工作量500L/h

最大压力60Mpa额定压力50Mpa

外形尺寸1200×800×1200mm

十二、喷雾干燥机

根据物料衡算计算中数据可知喷雾干燥需要蒸发水分273.60kg/h。

常州市一新干燥设备有限公司

型号LPG-300

设计进风温度350℃排风温度90-110℃

水分蒸发量300kg/h

雾化器直径150mm雾化器转速18000r/min

雾化